基于nTHGEM热中子探测器的实验研究

发布时间：2021-08-21 05:58

　　随着国际上新一代中子源的发展,传统的中子探测器已经不能满足高通量的应用需求,同时面临当前3He气体资源严重短缺的国际形势,研究替代3He的新型中子探测器已成为粒子探测领域的研究热点。基于GEM（Gaseous Electron Multiplier）的涂硼中子探测器,通过添加硼中子转化层,实现对热中子的测量。它继承了GEM探测器计数率高、时间空间分辨率较好、结构简单、造价较低等特点,是未来替代3He中子探测器的一个发展方向。利用Geant4程序包对探测器物理过程进行蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟,研究了热中子转换效率与硼中子转化层厚度、层数的关系。根据中子探测的特殊性,中科院高能物理研究所专门研发了一种基于陶瓷材料的nTHGEM（Neutron THick GEM）,利用X光机和252Cf中子源对其进行了详细的实验研究。配合二维读出电子学系统,组建了nTHGEM热中子探测器样机,利用中国绵阳研究堆（CMRR）中子束流环境,对探测器系统做整体测试,包括中子束斑成像,热中子、冷中子的飞行时间谱等。同时,对信号读出板、高压电源等探测器系统的关键部件,针对使用环境做了相应的改进。传统G... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
第二章 中子的产生与探测
    2.1 中子源的发展与应用
        2.1.1 放射性核素中子源
        2.1.2 裂变反应堆中子源
        2.1.3 加速器中子源
        2.1.4 中国散裂中子源
    2.2 中子探测技术
        2.2.1 ~3He气体短缺
        2.2.2 替代~3He中子探测器
    2.3 涂硼GEM中子探测器研究现状
    2.4 本章小结
第三章 基于nTHGEM的涂硼中子探测器
    3.1 中子探测专用nTHGEM膜
    3.2 探测器的结构与原理
    3.3 硼中子转化层的模拟研究
        3.3.1 蒙特卡洛模拟介绍
        3.3.2 中子转换层模拟
    3.4 信号读出板的设计与优化
        3.4.1 信号读出板整体设计
        3.4.2 材料选择优化
    3.5 高压电源的小型化设计
        3.5.1 高压模块介绍
        3.5.2 高压电源设计
    3.6 本章小结
第四章 nTHGEM的性能研究
    4.1 X光机测试
        4.1.1 测试平台
        4.1.2 电子学刻度与增益计算
        4.1.3 实验测试结果
        4.1.4 实验小结
    4.2 ~(252)Cf中子源测试
        4.2.1 ~(252)Cf中子源介绍
        4.2.2 涂硼GEM中子探测器介绍
        4.2.3 实验测试结果
        4.2.4 实验小结
    4.3 本章小结
第五章 中国工程物理研究院反应堆束流实验
    5.1 反应堆中子实验装置介绍
        5.1.1 飞行时间极化中子反射谱仪实验束站
        5.1.2 涂硼GEM二维位置灵敏中子束流监测器
    5.2 冷热中子TOF能谱实验
        5.2.1 热中子计数率坪曲线
        5.2.2 热中子狭缝成像
        5.2.3 热中子飞行时间测量
        5.2.4 冷中子狭缝成像
        5.2.5 冷中子飞行时间测量
        5.2.6 冷、热中子波长分布对比
        5.2.7 探测效率修正
    5.3 探测器老化试验
    5.4 本章小结
第六章 GEM探测器的密闭化研究
    6.1 密闭式探测器研究意义
    6.2 探测器密闭腔体设计
        6.2.1 探测器腔体设计
        6.2.2 密封圈选择
        6.2.3 探测器腔体表面处理
        6.2.4 探测器腔体整体性能
    6.3 探测器内部元件选择
        6.3.1 元件材料选择
        6.3.2 材料烘烤处理
    6.4 探测器密封性能测试
        6.4.1 探测器充气平台
        6.4.2 探测器泄露率测试
    6.5 探测器宇宙射线测试
        6.5.1 实验环境
        6.5.2 读出电子学系统
        6.5.3 初步测试结果
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
发表文章情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Simulation and performance study of ceramic THGEM[J]. 颜嘉庆,谢宇广,胡涛,吕军光,周莉,屈国普,蔡啸,牛顺利,陈海涛.  Chinese Physics C. 2015(06)
[2]中国散裂中子源[J]. 王芳卫.  科学. 2014(04)
[3]我国脉冲中子测井技术发展综述[J]. 张锋.  原子能科学技术. 2009(S1)
[4]中国散裂中子源简介[J]. 韦杰.  现代物理知识. 2007(06)
[5]中子散射技术及其应用[J]. 叶春堂,刘蕴韬.  物理. 2006(11)
[6]快中子治癌现状与展望[J]. 陈常茂,孙汉诚.  同位素. 1996(01)
[7]Fe-Si-Al合金的中子衍射研究[J]. 钱祥荣.  物理学报. 1981(07)
[8]球形124Sb-Be,24Na-D2O,24Na-Be光中子源[J]. 陈英,汪惠慈,容超凡.  原子能科学技术. 1975(02)



本文编号：3355017